JP3194967B2 - 製紙機械のための多層ヘッドボックス - Google Patents

製紙機械のための多層ヘッドボックス

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JP3194967B2
JP3194967B2 JP50150598A JP50150598A JP3194967B2 JP 3194967 B2 JP3194967 B2 JP 3194967B2 JP 50150598 A JP50150598 A JP 50150598A JP 50150598 A JP50150598 A JP 50150598A JP 3194967 B2 JP3194967 B2 JP 3194967B2
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ヴァルメト カルルスタッド アクチボラグ
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、繊維ウェブを形成するために製紙機械の形
成セクションに紙料(ストック)を噴射するための多層
ヘッドボックスに関する。
発明の背景 製紙技術において、紙料(ストック)はヘッドボック
スのスライス室から製紙機械の形成セクションに噴射さ
れる。形成セクションは、単一の形成用ファブリック又
はフェルトと組み合わせた形成用ファブリック、また
は、一対の形成用ファブリックを備える。形成セクショ
ンにおいては、形成用ファブリックを通して紙料の水が
切られ、繊維ウェブが形成される。いくつかの層を有す
る繊維ウェブを生産するために、ヘッドボックスにおい
て、機械の幅のセパレータ・ベーンを使用することは周
知であり普通に行われていることである。セパレータ・
ベーンは、スライス室を別々のセクションに分割し、各
セクションを通して紙料が通過し、紙料の組成が隣接の
セクションを通過している紙料の組成と異なるものとな
る。たとえば、1つのセクションを、短い繊維を含んで
いる紙料の通過に使用し、他のセクションを、長い繊維
を含んでいる紙料の通過に使用する。
繊維ウェブの形成中、凝集を回避し、ウェブが均一な
坪量分布を得ることが重要である。いくつかの層を有す
る繊維ウェブを製造するとき、ウェブが良好で均一な層
純度と、良好なカバレージを有することが重要である。
この特許出願の情況において、層純度とは、繊維ウェブ
の別々の層がそれぞれの組成を保有することができる程
度、すなわち、層の混合が回避される程度であり、カバ
レージとは、繊維ウェブの各層が、機械の横方向(紙の
縦方向と直交する方向)において均一な坪量を有する程
度であることを理解すべきである。形成されたウェブの
カバレージが良くない場合、これは層純度の均一性に悪
影響を与えることになる。このことが製紙機械の操作を
より困難にすることになる。その理由は、製紙プロセス
の引き続く作業段階で、たとえば、乾燥シリンダに付着
する側での繊維ウェブの表面特性に従ってクレープ処理
ドクターを調節するときに、クレープ処理中に、均一な
層純度が要求されるからである。クレープ処理を容易に
するために、化学薬品をプロセスに加えることも、普通
に行われていることである。化学薬品の量および組成は
繊維ウェブの表面品質に依存することになる。クレープ
処理ドクターの調節および化学薬品の添加が繊維ウェブ
の表面品質に依存することになるので、不均一な層純度
のウェブは製紙プロセスの最適化を不可能にすることに
なる。さらに、紙ウェブが、それを横切って(すなわ
ち、機械の横方向に)均一な強さを有することが望まし
く、カバレージの十分でないウェブは、それを横切って
の均一な強さを持つものとはならない。したがって、良
好で均一な層純度および良好なカバレージを有し、ま
た、凝集もなく、均一な坪量を有する多層ウェブを製造
することができる多層ヘッドボックスが必要である。
発明の概要 本発明の目的は、良好で均一な層純度を有し、凝集が
なくて、均一な坪量を有する層状の繊維ウェブを製造す
ることができる多層ヘッドボックスを提供することにあ
る。この発明の目的は、製紙機械のための多層ヘッドボ
ックスに向けられた本発明によって達成される。このヘ
ッドボックスはスライス室を備える。このスライス室
は、紙料(ストック)を入れるようになっている上流側
入口と、スライス室から製紙機械の次の形成セクション
に紙料を送るようになっている下流側出口とを有する。
スライス室は、その入口から出口までの意図した、紙料
の真っすぐな主流れ方向を有する。スライス室は、頂壁
と、底壁と、2つの側壁とを有する。頂壁と、底壁と
は、スライス室を貫く、紙料の真っすぐな主流れ方向に
収束する。ヘッドボックスは、さらに、紙料の流れ方向
でスライス室の上流側に設置したチューブ・バンクを備
える。チューブ・バンクは、真っすぐな複数のチューブ
を備える。チューブバンクのチューブは垂直方向に間隔
を隔てたチューブ・バンク・セクション内に配置され、
チューブ・バンク内の各チューブ・バンク・セクション
は形成しようとしている繊維ウェブの1層のためにだけ
専用に意図した紙料を供給するように配置してある。各
チューブ・バンク・セクションにおいて、チューブは垂
直方向に間隔を隔てた列に配置され、これらの列が機械
の横方向に延びている。したがって、チューブ・バンク
は、別々の垂直方向に間隔を隔てた列に配置された真っ
すぐな複数のチューブを備えるものとして説明すること
ができる。各チューブは上流側入口端及び下流側出口端
を有し、この下流側出口端から紙料がスライス室の入口
に入るようになっており、こうして、チューブ・バンク
が、そのチューブによって、紙料がチューブの上流側入
口端からスライス室の入口へ移動するようになっている
通路を形成する。この通路は、紙料の真っすぐな主流れ
方向を有し、この方向がスライス室における意図した紙
料の真っすぐな主流れ方向と一致しており、その結果、
チューブの上流側入口端からスライス室の下流側出口ま
での全体を通じて、紙料が、同じ真っすぐな主の流れ方
向に流れることになる。
本発明によれば、ヘッドボックスは、スライス室内
に、少なくとも1つ、あるいは、2つまたは3つの、機
械の幅のセパレータ・ベーンを備える。セパレータ・ベ
ーン(単数または複数)は多層繊維ウェブを形成できる
ようにスライス室を分割している。セパレータ・ベーン
(単数または複数)は、上流端および下流端を有し、意
図した紙料の流れ方向に延びており、そして、垂直寸法
における厚さを有する。スライス室への入口で、チュー
ブ・バンクの垂直方向に間隔を隔てたチューブ・バンク
・セクション間に細長い棚(レッジ)が設けられ、これ
らの棚は機械の横方向に延びており、チューブ・バンク
・セクションを互いに連結している。各セパレータ・ベ
ーンの上流端は、チューブ・バンクの垂直方向に間隔を
隔てたチューブ・バンク・セクション間に配置された細
長い棚のうちの1つに固定されている。
本発明によれば、ヘッドボックスは、さらに、スライ
ス室内に、紙料の流れ方向に延びる、機械の幅の複数の
乱流発生要素を備える。各乱流発生要素は、上流端およ
び下流端を有する。各乱流発生要素の上流端は、チュー
ブ・バンク・セクションにおけるチューブの垂直方向に
間隔を隔てた列の間に配置されており、列と列との間に
固定されている。乱流発生要素は、不均一な表面、すな
わち粗面を有するベーンの形で実現することができる
が、本発明の発明者等は、滑らかな表面を有するベーン
も本発明の目的にとって充分である乱流発生効果を有す
ることを見出している。
本発明の重要な特徴によれば、セパレータ・ベーン
は、機械の横方向において、その長さの少なくとも10分
の7にわたって成る一定の最小の剛性(スチフネス)を
有するように作られている。セパレータ・ベーンの剛性
(スチフネス)は、平均で36Nm、各セパレータ・ベーン
の長さの少なくとも10分の7で少なくとも7Nmであるよ
うに選ばれる。本発明の発明者等の実施したテストで
は、セパレータ・ベーン(単数または複数)が、約2100
MPaの弾性率を有する材料の1mm厚の基準シート、あるい
は、基準プレートの剛性の少なくとも180倍高い平均剛
性を有するべきであり、ベーン(単数または複数)の長
さの少なくとも10分の7については、剛性が基準シート
または基準プレートの場合より、少なくとも35倍高くな
ければならないということがわかった。
本発明の好ましい実施の形態においては、セパレータ
・ベーン(単数または複数)は、ガラス繊維補強エポキ
シ樹脂で作られた均質な要素であり、その上流端からそ
の下流端まで全体的にテーパが付けられており、その厚
さが、その上流端からその下流端まで連続的に減少する
ようになっている。
本発明の他の実施の形態では、セパレータ・ベーン
(単数または複数)が垂直寸法で一定厚さの上流側セク
ションと、紙料の流れ方向にその厚さを減じるようにテ
ーパの付いた下流側セクションとに分割されるている。
この実施の形態において、上流側セクションは、セパレ
ータ・ベーンの上流端と同じ上流端と、下流側セクショ
ンが固定される下流端とを有する。同様に、下流側セク
ションは、セパレータ・ベーンの上流側セクションに固
定される上流端と、セパレータ・ベーンの下流端と同じ
である下流端とを有する。上流側セクションが下流側セ
クションに固定される箇所には、すなわち、上流側セク
ションと下流側セクションとの間の移行部には、機械の
幅の段部がある。これは、上流側セクションが下流側セ
クションに固定されている箇所で、下流側セクションが
上流側セクションの垂直寸法での厚さより小さい垂直寸
法での厚さを有するという事実によるものである。上流
側セクションが鋼製であってもよく、下流側セクション
がガラス繊維補強エポキシ樹脂で作られているのが好ま
しい。
セパレータ・ベーンがその上流端からその下流端に通
じてテーパの付いた均質な要素である本発明の実施の形
態においては、セパレータ・ベーンは0.4μm以下の表
面平滑性、すなわち、Ra値を有する。
セパレータ・ベーンが上流側セクションとテーパの付
いた下流側セクションとに分割されている本発明の実施
の形態においては、テーパ付きのする下流側セクション
は0.4μm以下の表面平滑性、すなわち、Ra値を有す
る。
本発明の両方の実施の形態において、セパレータ・ベ
ーンの垂直寸法での厚さは、セパレータ・ベーンの下流
端で0.7mm未満である。好ましくは、垂直寸法での厚さ
は約0.5mmでなければならない。セパレータ・ベーンの
下流端で、機械の横方向の厚さは、もちろん、或る程度
変化を受けることになる。本発明の発明者等は、下流端
での厚さが0.05mmを超えて変化してはならないことを見
出している。セパレータ・ベーンの厚さが0.5mmである
ように選ばれたとき、セパレータ・ベーンが、その下流
端で、0.5mm±0.05mm、すなわち、0.45mm〜0.55mmの厚
さを有することになる。
少なくともセパレータ・ベーンの下流端で0.4μmよ
り小さい表面平滑性を有し、その下流端で0.7mm未満の
厚さを有するセパレータ・ベーン(単数または複数)を
設けることにより、良好な層純度の達成することができ
る。層純度に関しては、セパレータ・ベーン(単数また
は複数)の下流端をさらに薄くすることさえ望ましい。
しかしながら、本発明の発明者等は、ベーンの先端(ベ
ーンの下流端)が0.5mmより薄いときに、先端が弱化
し、疲労によって壊れやすくなることを見出した。した
がって、本発明の発明者は、約0.5mmの厚さが好ましい
ことを見出した。層純度が均一でもあることを達成する
ためには、形成されたウェブがまた良好なカバレージを
有することが必要である。
本発明の発明者等は、以下の特徴が良好なカバレージ
の達成に貢献することを見出した。
A)チューブ・バンクによって形成される通路がスライ
ス室と同じ紙料の主流れ方向を有し、チューブ・バンク
のチューブの入口からスライス室の出口まで全体を通じ
て、紙料が、同じ主流れ方向に流れることができるよう
になっていること。
B)スライス室が乱流発生要素を備えること。
C)セパレータ・ベーン(単数または複数)が、機械の
横方向に剛性をもっていること。
D)セパレータ・ベーンの、その下流端での厚さの変化
が0.05mmより大きくならないこと。
本発明の発明者等は、ヘッドボックスが真っすぐな流
れのヘッドボックスとして形成してあるとき、すなわ
ち、紙料が、チューブ・バンクのチューブの入口端から
スライス室の出口まで全体を通じて、同じ主流れ方向に
流れるとき、これが、その後に形成された繊維ウェブの
カバレージに対して有利な効果を有し、また、この有利
な効果がスライス室に乱流発生要素を設けることによっ
て補強され得ることを見出した。
ヘッドボックスは、たとえば米国特許4,941,950号
(サンフォード:Sanford)から公知である。このヘッド
ボックスでは、紙料は、スライス室に入るとき、強制的
にその流れ方向を変えられる。本発明の発明者等は、こ
のような設計が繊維ウェブのカバレージに不利な影響を
及ぼすことになることを確認した。したがって、本発明
の発明者等は、本発明のヘッドボックスを、紙料がスラ
イス室に入るときに、その流れ方向を変えることがない
真っすぐな流れのヘッドボックスとして設計した。
本発明の発明者等は、また、良好なカバレージを得る
ためには、セパレータ・ベーン(単数または複数)が機
械の横方向において剛性をもっていなければならないこ
とも見出した。本発明の発明者等は、カバレージが劣る
1つの重要な原因が機械の横方向におけるセパレータ・
ベーンの不充分な剛性にあることを見出した。もし、機
械の横方向のベーンの剛性が不充分であるならば、これ
によって、ベーンが撓むことになり、その結果、機械の
横方向において、その後形成されたウェブの層が均一な
坪量を持たなくなる可能性がある。すなわち、カバレー
ジが良くないことになる。また、機械の方向(紙の縦方
向;マシン方向)において均一である繊維ウェブを得よ
うとしている場合、機械の方向における剛性が高いこと
が望ましい。本発明で使用されるセパレータ・ベーン
は、それらの厚さがベーンの先端に向かって減少する、
すなわち、ベーンの厚さがベーンの下流端でよりもベー
ンの上流端で小さくなるような設計のものである。この
理由のために、ベーンの剛性は不均一である。その代わ
りに、各ベーンの剛性はベーンの下流端に向かって減少
する。したがって、本発明によるセパレータ・ベーンの
剛性はベーンの異なる位置で計算しなければならない。
厚さh、弾性率Eを有するプレートの1メータ長さあた
りの剛性は、式 S=Eh3/12(1−ν) に従って計算することができる。ここで、Sは剛性であ
り、νはポアソン比である。これが、この特許出願の情
況において使われる剛性の定義である。鋼の場合、ポア
ソン比は通常約0.3であり、ガラス繊維補強樹脂の場合
には、ポアソン比は約0.15として与えることができる。
したがって、剛性は、弾性率とプレート厚さの積に比例
する。
本発明は、2つの異なった実施の形態を有する。両方
の実施の形態において、セパレータ・ベーン(単数また
は複数)のために使われる材料(単数または複数)は、
機械の方向(紙の縦方向)でも、機械の横方向(紙の縦
方向と直交する方向)でも(必ずしも垂直寸法である必
要はない)、同じ特性を有するという意味において、等
方性である。したがって、セパレータ・ベーンの剛性、
たとえば、この特許出願の情況において定義された剛性
は、機械の方向および機械の横方向の両方向において同
じになる。剛性を高める1つの方法は、ベーン(単数ま
たは複数)の厚さを増やすということである。しかしな
がら、ベーン(単数または複数)の下流端で、良好な層
純度を得るためには、ベーン(単数または複数)の厚さ
が小さく、好ましくは0.7mm未満、より好ましくは0.5mm
でなければならない。しかしながら、本発明の発明者等
は、セパレータ・ベーン(単数または複数)の上流部分
が高い剛性のものであれば充分であり、そして、セパレ
ータ・ベーン(単数または複数)の下流端のみがより小
さい剛性のものであるならば、セパレータ・ベーン(単
数または複数)の下流端の比較的小さい剛性が繊維ウェ
ブの良好なカバレージのいかなる重大な減少も引き起こ
すことができないことを見出した。本発明の両方の実施
の形態において、セパレータ・ベーン(単数または複
数)に対して使用される材料(単数または複数)が、機
械の方向、機械の横方向の両方向で同じ特性を有すると
いう意味で等方性であることに注目されたい。この理由
のために、セパレータ・ベーンの長さに沿った任意所定
の位置における剛性(たとえば、この特許出願の情況に
おいて定義された剛性)は、機械の方向と機械の横方向
の両方向で同じとなる。
本発明の発明者等の実施したテストでは、異なるセパ
レータ・ベーンを、約2100MPaの弾性率を有するポリカ
ーボネート材料の1mm厚の基準シートまたは基準プレー
トと比較した。基準シートに使われた材料のポアソン比
は約0.3であった。基準シートの剛性(たとえば、この
特許出願の情況において定義した剛性)は、上流端から
下流端まで同じであり、 2100MPa*(0.001m)3/12(1−0.32)=0.2Nm のように計算することができる。
本発明の発明者等の実施したテストは、1mm厚の基準
シートをセパレータ・ベーンとして使ったとき、形成さ
れた繊維ウェブが不満足なカバレージを有することを示
した。しかしながら、本発明の発明者等は、セパレータ
・ベーンが、その長さの少なくとも10分の7(70%)に
わたって約2100MPaの弾性率を有するポリカーボネート
材料の1mm厚の基準シートの剛性より、少なくとも35倍
大きい、機械の横方向における剛性を有するとき、カバ
レージに関して満足な結果を得ることができることを見
出した。形成された繊維ウェブのカバレージに関して満
足な結果を与えることがわかっているベーンは、基準シ
ートの剛性より、少なくとも180倍高い平均剛性を持っ
ていた。
「平均剛性」という表現は、機械の方向において互い
に均等に間隔を隔てたセパレータ・ベーン上の少なくと
も11箇所を選び、異なった箇所での剛性の値を加算し、
その結果を選んだ箇所の数で割ることによって得た剛性
の値であることを理解すべきである。「その長さの少な
くとも10分の7(70%)にわたって約2100MPaの弾性率
を有するポリカーボネート材料の1mm厚の基準シートの
剛性より、少なくとも35倍大きい」という表現は、セパ
レータ・ベーンの上流端での剛性が約2100MPaの弾性率
を有するポリカーボネート材料の1mm厚のシート(また
はプレート)よりもかなり高いことを意味し、そして、
剛性がセパレータ・ベーン(単数または複数)の下流端
に向かって徐々に減少するが、その長さの少なくとも10
分の7(70%)について、ベーンが約2100MPaの弾性率
を有するポリカーボネート材料の1mm厚の基準シート
(または基準プレート)より少なくとも35倍大きい剛性
を有し、セパレータ・ベーンの3/10以下が、セパレータ
・ベーンの下流端で、約2100MPaの弾性率を有するポリ
カーボネート材料の1mm厚の基準シートの剛性の35倍よ
り小さい倍率の剛性を有することを意味することを理解
すべきである。
本発明の第1の好ましい実施の形態においては、テー
パの付いたセパレータ・ベーン(単数または複数)が用
いられ、その厚さはその上流端からその下流端まで線形
的に減少する。好ましくは、このベーンに使われる材料
は、25,000MPaの弾性を有する等方性のガラス繊維補強
エポキシ樹脂である。根元部(上流端)で、このベーン
は3.8mmの厚さを有するのがよい。厚さは先端(ベーン
の下流端)に向かって徐々に減少し、そこで、厚さが約
0.5mmとなる。選ばれた材料の場合、ポアソン比は0.15
である。このベーンの上流端の剛性(この特許出願の情
況において定義された剛性) S=Eh3/12(1−ν) は、 25000MPa*(0.0038m)3/12(1−0.152)=117.2Nm となる。セパレータ・ベーンの下流端に向かって、剛性
は徐々に減少するが、セパレータ・ベーンの長さの10分
の7(70%)については、剛性は少なくとも7Nmであ
り、したがって、1mm厚の基準シートの剛性より少なく
とも35倍高くなっている。この場合、平均剛性は約36Nm
であり、したがって、1mm圧の基準シートの剛性より少
なくとも180倍高い。セパレータ・ベーンのための剛性
値のこの選択は、その後形成された繊維ウェブの良好な
カバレージの獲得にかなり貢献する。
セパレータ・ベーン(単数または複数)が2つの別々
のセクションからなる本発明の実施の形態では、上流側
セクションはベーンの上流端からセパレータ・ベーンの
下流側セクションが上流側セクションに固定される箇所
まで、全体を通じてほぼ一定の剛性を有することにな
る。それ故、下流側セクションは徐々に減少していく剛
性を有することになる。一定の厚さの上流側セクション
が鋼で作られており、203,000MPaの弾性率および約12mm
の厚さを有するのがよい。この場合、ポアソン比(ν)
は約0.3である。上流側の鋼製セクションの長さは約500
mmであってもよい。このセクションの剛性(この特許出
願の情況において定義された剛性)は、したがって、公
式 S=Eh3/12(1−ν) に従って32123Nmと計算できる。下流側セクションは線
形に減少する厚さを有し、上流端での3.8mmから下流端
での約0.5mmまで減少する。下流側セクションについて
選ばれた材料は25000MPaの弾性率を有するガラス繊維補
強エポキシ樹脂であり、ポアソン比(ν)は約0.3であ
る。セパレータ・ベーンに全長830mmの長さを与える
と、下流側セクションの長さは約330mmであるのがよ
い。下流側セクションの上流端での剛性(この特許出願
の情況において定義された剛性)は117.2Nmと計算する
ことができる。その長さの少なくとも10分の7につい
て、このセパレータ・ベーンの剛性は少なくとも57Nmと
なり、したがって、1mm厚の基準シートより280倍以上大
きくなる。平均剛性は、約20449Nmとなり、したがっ
て、基準シートの剛性より180倍高い。本発明のこの実
施の形態においては、セパレータ・ベーン(単数または
複数)の上流側セクションと、ベーン(単数または複
数)の下流側セクションとの間の移行部での機械の幅の
段部も、良好なカバレージの達成に寄与する。
図面の簡単な説明 第1図は、本発明の1つの実施の形態によるヘッドボ
ックスの断面図である。
第2図は、本発明の第2の実施の形態によるヘッドボ
ックスの部分をより詳細に示す、第1図と同様の断面図
である。
第3図は、良好な層純度および良好なカバレージを有
する多層繊維ウェブの断面図である。
第4図は、層純度の良くない多層繊維ウェブの断面図
である。
第5図は、層純度は良好であるが、カバレージが良く
ない多層ウェブの断面図である。
第6図は、約2100MPaの弾性率を有する材料から作っ
た1mm厚の基準シートの剛性と比較した、2つの異なる
セパレータ・ベーンの剛性の比較検討結果を示してい
る。
第7図は、本発明の好ましい実施の形態によるセパレ
ータ・ベーンを示す断面図である。
第8図は、本発明の第2の実施の形態によるセパレー
タ・ベーンを示す断面図である。
第9図は、スライス室のいくつかの部分をより詳細に
示す、第1図と同様の断面図である。
発明の詳細な説明 第1図を参照すると、ヘッドボックス1が示されてい
る。ヘッドボックスは、頂壁3と、底壁4と、一対の側
壁(図示せず)とによって限定されたスライス室2を有
する。このスライス室は、上流側入口5および下流側出
口6を有する。そして、動作中、紙料(ストック)が入
口5から出口6へ通る。したがって、スライス室は、上
流側入口5から下流側出口6への意図した真っすぐな主
流れ方向を持つと記載することができる。意図した紙料
の流れ方向におけるスライス室の上流側には、チューブ
・バンク18がある。このチューブ・バンク18は、互いに
垂直方向に間隔を隔てた、いくつかのチューブ・セクシ
ョン7、8、9を備える。チューブ・バンクの各チュー
ブ・バンク・セクションは、真っすぐな複数のチューブ
10、11、12、13、14、15を備え、各チューブ・バンク・
セクションのチューブは、別々の垂直方向に間隔を隔て
た列をなして配置されており、これらの列は、機械の横
方向(紙の縦方向と直交する方向)に延びている。各チ
ューブは上流側入口端16を有し、この上流側入口端を通
して、紙料がチューブに入るようになっている。また、
各チューブは、下流側出口端17を有し、この下流側出口
端を通して、紙料がスライス室2の入口端または出口端
のところで、スライス室2に入るようになっている。従
って、チューブを有するチューブ・バンク18は通路を形
成しており、この通路を通して、紙料がチューブの上流
側入口端からスライス室2の入口へ、そして、スライス
室2内へ流れるようになっている。チューブ・バンク18
によって構成された通路は、スライス室内の紙料の真っ
すぐな主流れ方向と一致する、真っすぐな主流れ方向を
有する。換言すれば、紙料がチューブ・バンク18を出
て、スライス室2に入るときに、紙料が方向を変えるこ
とはない(もちろん、紙料の流れは収束するが、主流れ
方向は変わらないままである)。したがって、紙料はチ
ューブ・バンクにおけるチューブの上流側入口端からノ
ズル室の下流側出口まで全体を通じて、同じ主流れ方向
に流れることになる。本発明の発明者等は、チューブ・
バンク全体を通しての紙料の真っすぐな流れが繊維ウェ
ブの良好なカバレージに寄与し、それによって、層純度
の、より大きい均一性に寄与し、その結果、形成された
繊維ウェブが、第3図に示す横断面と同様の横断面を有
することになることを見出した。第3図において、3層
式の紙ウェブの横断面を示し、ここでは、頂部層および
底部層が短い繊維からなり、中間層が長い繊維からな
る。もし、紙料がスライス室に入るときに強制的にその
移動方向を変えられるならば、これはカバレージの良く
ない繊維ウェブを発生させる傾向があり、その結果、形
成された繊維ウェブが、第5図に示される横断面と同様
の横断図を有することになる。第5図でわかるように、
層はよく分離されているが、各層は均一な坪量を有しな
い。第4図は、層が互いに一緒に混ぜられ、その結果、
層純度が良くないものとなった紙ウェブの横断面を示し
ている。
スライス室2の入口で、チューブ・バンクにおける垂
直方向に間隔を隔てたチューブの列の間に介在され、チ
ューブの列を互いに連結して、ヘッドボックスには、機
械の横方向に延びる細長い棚(レッジ)19が設けられて
いる。細長い棚19は、多層繊維ウェブの製造のためにス
ライス室を別々のチャネルに細分している機械の幅のセ
パレータ・ベーン20、21の取り付けを可能にする。第1
図には、2つのセパレータ・ベーンを示すが、本発明
は、1つだけのセパレータ・ベーンにも同等に適用可能
であり、またあるいは、3つのセパレータ・ベーンを有
するヘッドボックスにも同等に適用可能であることを理
解すべきである。セパレータ・ベーン20、21は意図した
紙料の流れ方向に延びており、機械の幅のセパレータ・
ベーン20、21の各々は、上流端22および下流端23を有
し、各セパレータ・ベーンの上流端はチューブ・バンク
18における垂直方向に間隔を隔てたチューブの列の間に
介在された細長い棚(レッジ)のうちの1つに固定され
る。
本発明によれば、セパレータ・ベーンは、平均して少
なくとも36Nmである剛性を与えられ、この剛性は、セパ
レータ・ベーンの上流端からセパレータ・ベーンの長さ
の少なくとも10分の7(70%)まで延びているセパレー
タ・ベーンの部分について、少なくとも7Nmである。そ
れによって、セパレータ・ベーンは、平均して、2100MP
aの弾性率を有するポリカーボネート材料の1mm厚の基準
シートまたは基準プレートより少なくとも180倍大きい
剛性を有し、この剛性は、セパレータ・ベーンの上流端
からセパレータ・ベーンの長さの少なくとも10分の7ま
で延びているセパレータ・ベーン部分について、機械の
横方向において、2100MPaの弾性率を有するポリカーボ
ネート材料の1mm厚の基準シートまたは基準プレートの
剛性より少なくとも35倍大きい。
本発明の好ましい実施の形態において、各セパレータ
・ベーンは、約25,000MPaの弾性率を有するガラス繊維
補強エポキシ樹脂で作られ、2100MPaの弾性率を有する
ポリカーボネート材料の1mm厚の基準シートの剛性より
少なくとも180倍大きい、機械の横方向におけるセパレ
ータ・ベーンの平均剛性となるように計算された厚さ
と、セパレータ・ベーンの上流端からセパレータ・ベー
ンの長さの少なくとも10分の7(70%)にわたって、21
00MPaの弾性率を有するポリカーボネート材料の1mm厚の
基準シート(または基準プレート)の剛性より、少なく
とも35倍大きい剛性とを有する。
第6図を参照すると、2100MPaの弾性率を有するポリ
カーボネート材料の1mm厚の基準シートの剛性と、本発
明による2つの異なったセパレータ・ベーンとの剛性の
比較検討結果が示してある。第6図において、曲線1は
2100MPaの弾性率を有するポリカーボネート材料の1mm厚
の基準シート(または基準プレート)の剛性を(基準と
して)示しており、曲線2は1mm厚の基準シートの剛性
と比較した、本発明の好ましい実施の形態によるガラス
繊維補強エポキシ樹脂のテーパ付きセパレータ・ベーン
の剛性を示している。この場合、剛性の平均値は約36.2
Nmであり、したがって、2100MPaの弾性率を有するポリ
カーボネート材料の1mm厚の基準シートの基準値より約1
81倍大きく、ベーンの長さの10分の7については、少な
くとも7.1Nmの剛性値、したがって、2100MPaの弾性率を
有するポリカーボネート材料の1mm厚の基準シートの剛
性より35.5倍大きい剛性値を有する。本発明のこの実施
の形態において、セパレータ・ベーンは、その上流端
で、約3.8mmの厚さを有する。厚さは、各セパレータ・
ベーンの下流端に向かって線形的に減少し、その長さ
は、800〜850mmのオーダーであってもよく(本発明の発
明者等は830mmがセパレータ・ベーン長さとして適当な
選択であると考えており)、そして、ベーンの下流端
で、厚さは約0.5mmのオーダーとなる。本発明の発明者
等は、良好な層純度を得るためには、ベーンの厚さがセ
パレータ・ベーンの下流端で0.7mmを超えてはならない
ことを見出した。本発明の発明者等は、下流端での厚さ
が約0.5mmであってもよく、そして、厚さの変動が0.05m
m以下でなければならないことを見出した。厚さは、良
好な層純度を得るために、0.7mm未満であるように選ば
れる。ベーンの寿命が過度に短くならないことを確保す
るために、約0.5の厚さが好ましい。カバレージに関し
ては、厚さの変動が0.05mm以下であることが好ましい。
セパレータ・ベーンに使われる材料は、その材料が、機
械の方向(紙の縦方向)と機械の横方向(紙の縦方向と
直交する方向)の両方向において同じ機械特性を有する
という意味において、等方性である。ここで、垂直寸法
での機械特性が、必ずしも機械の方向と機械の横方向に
おいて同じであるという必要はないことに注目すべきで
ある。したがって、使われる材料は、それが全ての方向
において同じ機械特性を有するという意味において、必
ずしも等方性である必要はない。
第2図および第8図を参照すると、本発明の第2実施
の形態を示す。本発明のこの実施の形態においては、各
セパレータ・ベーンは、機械の幅の上流側セクション31
と、機械の幅の下流側セクションとで構成されている。
上流側セクション31は、セパレータ・ベーン自体の上流
端と同じ上流端と、下流側セクション29が固定される下
流端33とを有する。上流側セクションは、一定厚さの鋼
プレートで構成されており、下流側セクション29はガラ
ス繊維補強エポキシ樹脂で作られる。鋼プレートは203,
000MPaの弾性率を有し、そして、その厚さは12mmであ
る。したがって、上流側セクションの剛性(この特許出
願の情況において定義された剛性)は32123Nmとして計
算することができ、したがって、1mm基準シートの剛性
より160615倍大きい。下流側セクションは、上流端30
と、セパレータ・ベーン自体の下流端と共通の下流端23
とを有する。下流側セクション29の上流端30は、これに
関連した上流側セクションの下流端33に固定される。下
流側セクションは、その上流端で、上流側セクションの
下流端の厚さより小さい厚さを有し、その結果、上流側
セクションと下流側セクションとの間の移行部には、機
械の幅の段部32がある。機械の幅の下流側セクションは
テーパが付けられており、その厚さが紙料の流れ方向に
線形的に減少し、25,000MPaの弾性率を有するガラス繊
維補強エポキシ樹脂で作られるのが好ましい。下流側セ
クション29は、その上流端に、3.8mmの厚さを有し、そ
して、上流端の剛性(この特許出願の情況において定義
された剛性)は約117Nmと計算することができる。繊維
ウェブの良好な層純度を得るには、下流側セクションの
厚さは下流側セクションの下流端で0.7mmより小さくす
る。下流側セクションの下流端での厚さは、0.05mmの最
大変動をもった状態で、0.5mmであってもよい。したが
って、厚さは0.45mm〜0.55mmの範囲にある。良好な層純
度を得るには、下流側セクションの表面平滑性、すなわ
ち、Ra値は0.4μmより小さくする。
第6図を参照すると、曲線3は2100MPaの弾性率を有
するポリカーボネート材料の1mm厚の基準シート(また
は基準プレート)の剛性と比較した、本発明の第2の実
施の形態によるセパレータ・ベーンの剛性を示してい
る。第3図でわかるように、一定厚さの上流側セクショ
ンおよび下流側テーパ付きセクションで構成されたセパ
レータ・ベーンは、その長さの第1部分(一定の厚さを
有する上流側セクション)で、一定の剛性を有する。上
流側セクションと下流側セクションとの間の移行部で、
セパレータ・ベーンの剛性は直ちに減少し、そして、第
6図でわかるように、テーパ付きの下流側セクション
は、その下流端に向かって徐々に減少する剛性を有す
る。このベーンの平均剛性は、2100MPaの弾性率を有す
るポリカーボネート材料の1mm厚の基準シートの剛性の1
80倍より、かなり大きい。事実、このセパレータ・ベー
ンの平均剛性(この特許出願の情況において定義した剛
性)は20449Nmである。ベーンの長さの少なくとも10分
の7で、剛性は57.1Nmより高く、したがって、2100MPa
の弾性率を有するポリカーボネート材料の1mm厚の基準
シートの剛性より280倍以上大きく、2.1Nmである。
本発明の両方の実施の形態において、ヘッドボックス
のスライス室2は、第9図でわかるように、機械の幅の
複数の乱流発生要素25、26、27を更に備えている。各乱
流発生要素は、頂壁3とセパレータ・ベーン20、21との
間、2つのセパレータ・ベーン20と21の間、セパレータ
・ベーン20、21と底壁4との間のうちのいずれかに形成
された別々の流れチャネルのうちの1つに配置される。
機械の幅の乱流発生要素の各々は紙料の流れ方向に延び
ており、各乱流発生要素は、上流端34および下流端28を
有する。各乱流発生要素25、26、27の各々の上流端34
は、チューブ・バンクにおける2つの垂直方向に間隔を
隔てたチューブの列の間に介在され、前記の列の間に固
定されている。
本発明は、良好な層純度および良好なカバレージを有
する多層繊維ウェブを製造し、層純度も確実に均一とな
ることを達成できる。加えて、繊維ウェブは、それを横
切って均一な強さ特性を有する。
フロントページの続き (72)発明者 クレレリッド イングヴァル ベー エ ー スウェーデン エス―65342 カルルス タッド ソルヴィクスガタン 3 (72)発明者 テルネファルク ルイス エム スウェーデン エス―65220 カルルス タッド オットカントスガタン 12ベー (56)参考文献 特公 昭61−46597(JP,B2) 特表 平6−511051(JP,A) 特表 平9−502773(JP,A) 特表 平11−511819(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) D21F 1/02 - 1/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】製紙機械のための多層ヘッドボックスであ
    って、 a)スライス室を備え、該スライス室は、紙料をスライ
    ス室に入れるようになっている上流側入口と、紙料をス
    ライス室から製紙機械の次の形成セクションへ通すよう
    になっている下流側出口とを有し、このスライス室は、
    スライス室の入口からスライス室の出口まで、紙料の真
    っすぐな主流れ方向を有し、さらに、このスライス室
    は、頂壁および底壁を有しており、これら頂壁および底
    壁が、紙料の真っすぐな主流れ方向に収束しており、 b)紙料の流れ方向においてスライス室の上流側に配置
    されたチューブ・バンクを備え、該チューブ・バンク
    は、真っすぐな複数のチューブを備え、これらチューブ
    が別々の垂直方向に間隔を隔てた列をなして配置されて
    おり、これらの列が機械の横方向に延びており、各チュ
    ーブが、チューブを入れるようになっている上流側入口
    端と、紙料をスライス室の入口に通すようになっている
    下流側出口端とを有し、チューブ・バンクが、チューブ
    の上流側入口端からスライス室の入口へ紙料を通すよう
    になっている通路を形成しており、この通路が、スライ
    ス室の紙料の真っすぐな主流れ方向と一致する、紙料の
    真っすぐな主流れ方向を有し、チューブの上流側入口端
    からスライス室の下流側出口まで全体を通して、紙料が
    同じ真っすぐな主流れ方向に流れるようになっており、 c)スライス室に設けられた、多層繊維ウェブの製造の
    ためにスライス室を細分している、機械の幅の少なくと
    も1つのセパレータ・ベーンを備え、この少なくとも1
    つのセパレータ・ベーンが、紙料の流れ方向に延びてお
    り、かつ、垂直寸法での厚さを有し、上流端及び下流端
    を有し、前記少なくとも1つのセパレータ・ベーンが、
    その上流端からその下流端まで垂直寸法が減少する厚さ
    を有し、その下流端で、垂直寸法の厚さが0.7mm未満で
    あり、前記少なくとも1つのセパレータ・ベーンが、平
    均して、少なくとも36Nmであり、その長さの10分の7に
    ついて、少なくとも7Nmである剛性を有し、ここで、こ
    の剛性が、 S=Eh3/12(1−ν) として定義され、この式で、Sはセパレータ・ベーンの
    剛性であり、Eはセパレータ・ベーンの材料の弾性率で
    あり、hはセパレータ・ベーンの厚さであり、νはセパ
    レータ・ベーンの材料についてポアソン比であり、 d)スライス室に配置された、機械の幅の複数の乱流発
    生要素を備え、1つの乱流発生要素は、前記頂壁と前記
    セパレータ・ベーンのうちの1つとの間に形成された流
    れチャンネルに配置され、もう1つの乱流発生要素は、
    前記2つのセパレータ・ベーンの間に形成された別の流
    れチャンネルに配置され、更にもう1つの乱流発生要素
    は、他の前記セパレータ・ベーンと前記底壁との間に形
    成された更に別の流れチャンネルに配置されており、前
    記乱流発生要素は、紙料の流れ方向に延びており、前記
    乱流発生要素の各々は、上流端および下流端を有してお
    り、前記乱流発生要素の各々は、不均一な表面又は滑ら
    かな表面を有するベーンの形で形成されており、前記乱
    流発生要素の各々の上流端が、チューブ・バンクにおけ
    る垂直方向に間隔を隔てたチューブの列の間に介在さ
    れ、前記列の間で固定されている、 ことを特徴とする多層ヘッドボックス。
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